RU2426195C1 - Photoelectric converter, imaging system - Google Patents
Photoelectric converter, imaging system Download PDFInfo
- Publication number
- RU2426195C1 RU2426195C1 RU2010117503/28A RU2010117503A RU2426195C1 RU 2426195 C1 RU2426195 C1 RU 2426195C1 RU 2010117503/28 A RU2010117503/28 A RU 2010117503/28A RU 2010117503 A RU2010117503 A RU 2010117503A RU 2426195 C1 RU2426195 C1 RU 2426195C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- light guide
- photoelectric conversion
- light
- boundary
- sections
- Prior art date
Links
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 title claims description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 20
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 145
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 13
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 claims description 13
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 12
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims description 8
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 7
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 4
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 claims description 3
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 230000008447 perception Effects 0.000 claims description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 35
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 18
- 238000009499 grossing Methods 0.000 description 10
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 10
- 230000006399 behavior Effects 0.000 description 9
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 9
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 7
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 7
- ORQBXQOJMQIAOY-UHFFFAOYSA-N nobelium Chemical compound [No] ORQBXQOJMQIAOY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 6
- 239000003086 colorant Substances 0.000 description 5
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 5
- 238000000411 transmission spectrum Methods 0.000 description 5
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 4
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 description 4
- 230000006870 function Effects 0.000 description 3
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 3
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 2
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 229910000765 intermetallic Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000002365 multiple layer Substances 0.000 description 1
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 1
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 1
- 238000001429 visible spectrum Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14601—Structural or functional details thereof
- H01L27/14625—Optical elements or arrangements associated with the device
- H01L27/14629—Reflectors
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14601—Structural or functional details thereof
- H01L27/1462—Coatings
- H01L27/14621—Colour filter arrangements
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14601—Structural or functional details thereof
- H01L27/14625—Optical elements or arrangements associated with the device
- H01L27/14627—Microlenses
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14683—Processes or apparatus peculiar to the manufacture or treatment of these devices or parts thereof
- H01L27/14685—Process for coatings or optical elements
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/02—Details
- H01L31/0216—Coatings
- H01L31/02161—Coatings for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
- H01L31/02162—Coatings for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for filtering or shielding light, e.g. multicolour filters for photodetectors
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/02—Details
- H01L31/0232—Optical elements or arrangements associated with the device
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
- Light Receiving Elements (AREA)
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
Abstract
Description
Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION
Настоящее изобретение относится к устройству фотоэлектрического преобразования и системе формирования изображения.The present invention relates to a photoelectric conversion device and an imaging system.
Уровень техникиState of the art
Устройство фотоэлектрического преобразования необходимо для эффективного сбора падающего света на светочувствительной поверхности элемента фотоэлектрического преобразования. В полупроводниковом устройстве восприятия изображения, раскрытом в выложенной патентной заявке Японии №06-224398, промежуточный слой полимера располагается между микролинзой и светочувствительной поверхностью элемента фотоэлектрического преобразования, как показано на фиг.1 в выложенной патентной заявке Японии №06-224398. Слой, имеющий более низкий показатель преломления, чем промежуточный слой, располагается между промежуточным слоем и передающим электродом для переноса зарядов элемента фотоэлектрического преобразования. Согласно выложенной патентной заявке Японии №06-224398, наклонно падающий свет, который не участвует в фотоэлектрическом преобразовании в традиционной технике, может поступать на светочувствительную поверхность элемента фотоэлектрического преобразования благодаря использованию полного отражения на границе раздела между промежуточным слоем и слоем с низким показателем преломления.A photoelectric conversion device is necessary for efficiently collecting incident light on the photosensitive surface of the photoelectric conversion element. In the semiconductor image pickup device disclosed in Japanese Patent Laid-open No. 06-224398, an intermediate polymer layer is disposed between the microlens and the photosensitive surface of the photoelectric conversion element, as shown in FIG. 1 in Japanese Laid-open Patent Application No. 06-224398. A layer having a lower refractive index than the intermediate layer is located between the intermediate layer and the transmitting electrode for transferring charges of the photoelectric conversion element. According to Japanese Patent Application Laid-open No. 06-224398, obliquely incident light that is not involved in the photoelectric conversion in the conventional technique can be transmitted to the photosensitive surface of the photoelectric conversion element by using full reflection at the interface between the intermediate layer and the low refractive index layer.
Однако полупроводниковое устройство восприятия изображения в выложенной патентной заявке Японии №06-224398 не исследует свет, поступающий в граничную область между промежуточным слоем заранее определенного пикселя и промежуточным слоем пикселя, соседствующего с заранее определенным пикселем. Например, когда свет, распространяющийся перпендикулярно светочувствительной поверхности элемента фотоэлектрического преобразования, поступает в граничную область между промежуточным слоем заранее определенного пикселя и промежуточным слоем пикселя, соседствующего с заранее определенным пикселем, трудно направлять свет на светочувствительную поверхность элемента фотоэлектрического преобразования.However, the semiconductor image pickup device in Japanese Patent Laid-open No. 06-224398 does not examine light entering the boundary region between an intermediate layer of a predetermined pixel and an intermediate layer of a pixel adjacent to a predetermined pixel. For example, when light propagating perpendicular to the photosensitive surface of the photoelectric conversion element enters the boundary region between the intermediate layer of a predetermined pixel and the intermediate layer of a pixel adjacent to a predetermined pixel, it is difficult to direct light onto the photosensitive surface of the photoelectric conversion element.
С уменьшением площади пикселя, включающего в себя элемент фотоэлектрического преобразования, отношение площади граничной области к площади пикселя возрастает. Свет, поступающий в граничную область, не может быть игнорирован.With a decrease in the area of the pixel, including the photoelectric conversion element, the ratio of the area of the boundary region to the area of the pixel increases. Light entering the boundary region cannot be ignored.
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
Задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы эффективно собирать свет, поступающий в устройство фотоэлектрического преобразования, на светочувствительной поверхности элемента фотоэлектрического преобразования в устройстве фотоэлектрического преобразования.An object of the present invention is to efficiently collect light entering a photoelectric conversion device on a photosensitive surface of a photoelectric conversion element in a photoelectric conversion device.
Согласно первому варианту настоящего изобретения, устройство фотоэлектрического преобразования характеризуется тем, что содержит: множество элементов фотоэлектрического преобразования, каждый из которых имеет светочувствительную поверхность; изолирующие пленки, размещенные на множестве элементов фотоэлектрического преобразования; множество световодных участков, размещенных поверх изолирующих пленок, причем каждый из множества световодных участков направляет свет на светочувствительную поверхность каждого из множества элементов фотоэлектрического преобразования; и граничные участки, причем каждый из граничных участков образует границу между соседними световодными участками и выполнен из материала, имеющего более низкий показатель преломления, чем материал, из которого состоит множество световодных участков, в которых ширина каждого из граничных участков не превышает половины наименьшей длины волны в диапазоне длин волн видимого света, и высота от нижней поверхности до верхней поверхности каждого из множества световодных участков не меньше удвоенной наибольшей длины волны в диапазоне длин волн видимого света.According to a first embodiment of the present invention, the photoelectric conversion device is characterized in that it comprises: a plurality of photoelectric conversion elements, each of which has a photosensitive surface; insulating films placed on a plurality of photoelectric conversion elements; a plurality of light guide portions arranged on top of the insulating films, each of the plurality of light guide portions directing light onto the photosensitive surface of each of the plurality of photoelectric conversion elements; and boundary sections, wherein each of the boundary sections forms a boundary between adjacent light guide sections and is made of a material having a lower refractive index than the material of which the plurality of light guide sections consists, in which the width of each of the boundary sections does not exceed half the smallest wavelength in the range of wavelengths of visible light, and the height from the lower surface to the upper surface of each of the many light guide sections is not less than twice the largest wavelength in the wavelength range n of visible light.
Согласно второму варианту настоящего изобретения, устройство фотоэлектрического преобразования характеризуется тем, что содержит: множество элементов фотоэлектрического преобразования, каждый из которых имеет светочувствительную поверхность; изолирующие пленки, размещенные на множестве элементов фотоэлектрического преобразования; множество световодных участков, размещенных поверх изолирующих пленок из нескольких слоев, причем каждый из множества световодных участков направляет свет на светочувствительную поверхность каждого из множества элементов фотоэлектрического преобразования; и граничные участки, причем каждый из граничных участков образует границу между соседними световодными участками и выполнен из материала, имеющего более низкий показатель преломления, чем материал, из которого состоит множество световодных участков, в которых ширина каждого из граничных участков не превышает половины наименьшей длины волны в диапазоне длин волн видимого света, и высота от нижней поверхности до верхней поверхности каждого из множества световодных участков не меньше четырехкратной ширины каждого из граничных участков.According to a second embodiment of the present invention, the photoelectric conversion device is characterized in that it comprises: a plurality of photoelectric conversion elements, each of which has a photosensitive surface; insulating films placed on a plurality of photoelectric conversion elements; a plurality of light guide sections arranged on top of insulating films of several layers, each of the many light guide sections directing light to the photosensitive surface of each of the plurality of photoelectric conversion elements; and boundary sections, wherein each of the boundary sections forms a boundary between adjacent light guide sections and is made of a material having a lower refractive index than the material of which the plurality of light guide sections consists, in which the width of each of the boundary sections does not exceed half the smallest wavelength in the range of wavelengths of visible light, and the height from the lower surface to the upper surface of each of the many light guide sections is not less than four times the width of each of the boundary sections.
Согласно третьему варианту настоящего изобретения, система формирования изображения отличается тем, что содержит: устройство фотоэлектрического преобразования согласно первому или второму варианту настоящего изобретения; оптическую систему, которая формирует изображение на плоскости восприятия изображения элемента фотоэлектрического преобразования; и блок обработки сигнала, который обрабатывает сигнал, выводимый из устройства фотоэлектрического преобразования, для генерации данных изображения.According to a third embodiment of the present invention, the image forming system is characterized in that it comprises: a photoelectric conversion device according to the first or second embodiment of the present invention; an optical system that forms an image on the image perception plane of the photoelectric conversion element; and a signal processing unit that processes the signal output from the photoelectric conversion device to generate image data.
Согласно настоящему изобретению, возможно эффективно собирать свет, поступающий в устройство фотоэлектрического преобразования, на светочувствительной поверхности элемента фотоэлектрического преобразования в устройстве фотоэлектрического преобразования.According to the present invention, it is possible to efficiently collect light entering the photoelectric conversion device on the photosensitive surface of the photoelectric conversion element in the photoelectric conversion device.
Дополнительные признаки настоящего изобретения явствуют из нижеследующего описания иллюстративных вариантов осуществления, приведенного со ссылкой на прилагаемые чертежи.Further features of the present invention will be apparent from the following description of illustrative embodiments given with reference to the accompanying drawings.
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
Фиг.1 - вид в разрезе устройства фотоэлектрического преобразования согласно первому варианту осуществления.FIG. 1 is a sectional view of a photoelectric conversion device according to a first embodiment.
Фиг.2 включает в себя 2A и 2B - графики, поясняющие поведение света в устройстве фотоэлектрического преобразования согласно первому варианту осуществления.Figure 2 includes 2A and 2B are graphs explaining the behavior of light in the photoelectric conversion device according to the first embodiment.
Фиг.3 - вид, поясняющий поведение света в устройстве фотоэлектрического преобразования согласно первому варианту осуществления.Figure 3 is a view explaining the behavior of light in the photoelectric conversion device according to the first embodiment.
Фиг.4 - график, демонстрирующий соотношение между высотой световодного участка, зазором между световодными участками и коэффициентом сбора света.4 is a graph showing the relationship between the height of the light guide section, the gap between the light guide sections and the light collection coefficient.
Фиг.5 - вид в разрезе устройства фотоэлектрического преобразования согласно второму варианту осуществления.5 is a sectional view of a photoelectric conversion device according to a second embodiment.
Фиг.6 - вид сверху устройства фотоэлектрического преобразования согласно второму варианту осуществления.6 is a plan view of a photoelectric conversion device according to a second embodiment.
Фиг.7 включает в себя 7A-7F - виды в разрезе, поясняющие этапы изготовления устройства фотоэлектрического преобразования согласно второму варианту осуществления.7 includes 7A-7F sectional views illustrating manufacturing steps of a photoelectric conversion device according to a second embodiment.
Фиг.8 - вид в разрезе устройства фотоэлектрического преобразования согласно третьему варианту осуществления.Fig. 8 is a sectional view of a photoelectric conversion device according to a third embodiment.
Фиг.9 - блок-схема для пояснения системы формирования изображения.9 is a block diagram for explaining an image forming system.
Осуществление изобретенияThe implementation of the invention
Отличительными признаками настоящего изобретения являются структура световодного участка и взаимное расположение световодного участка и других световодных участков, соседствующих со световодным участком, причем световодные участки размещены в соответствии с каждым элементом фотоэлектрического преобразования в устройстве фотоэлектрического преобразования, имеющем множество элементов фотоэлектрического преобразования.Distinctive features of the present invention are the structure of the light guide section and the relative position of the light guide section and other light guide sections adjacent to the light guide section, the light guide sections being arranged in accordance with each photoelectric conversion element in a photoelectric conversion device having a plurality of photoelectric conversion elements.
В частности, настоящее изобретение отличается тем, что зазор между соседними световодными участками (т.е. ширина граничного участка) задан так, чтобы он не превышал половины наименьшей длины волны в диапазоне длин волн видимого света, и высота световодного участка задана так, чтобы она была не меньше удвоенной наибольшей длины волны в диапазоне длин волн видимого света. Эта структура может эффективно направлять (или собирать) свет, поступающий на граничный участок, на светочувствительную поверхность элемента фотоэлектрического преобразования, и, таким образом, увеличивать коэффициент сбора света, выражающий отношение света, направляемого к светочувствительной поверхности элемента фотоэлектрического преобразования, к свету, поступающему в устройство фотоэлектрического преобразования.In particular, the present invention is characterized in that the gap between adjacent light guide sections (i.e., the width of the boundary portion) is set so that it does not exceed half the smallest wavelength in the wavelength range of visible light, and the height of the light guide section is set so that it was no less than twice the largest wavelength in the wavelength range of visible light. This structure can effectively direct (or collect) the light entering the boundary portion onto the photosensitive surface of the photoelectric conversion element, and thus increase the light collection coefficient expressing the ratio of the light directed to the photosensitive surface of the photoelectric conversion element, to the light entering photoelectric conversion device.
Видимый свет также называют видимым спектром, и он образован электромагнитными волнами в диапазоне видимых электромагнитных спектров. Длина волны видимого света обычно лежит в пределах от 400 нм (включительно) до 750 нм (включительно). См. "Dictionary of Technical Terms of Optics, 3rd ed."(Справочник Технических терминов в оптике, 3-я редакция), Оптоэлектроника в диапазоне длин волн видимого света.Visible light is also called the visible spectrum, and it is formed by electromagnetic waves in the range of visible electromagnetic spectra. The wavelength of visible light usually ranges from 400 nm (inclusive) to 750 nm (inclusive). See "Dictionary of Technical Terms of Optics, 3rd ed." (Handbook of Technical Terms in Optics, 3rd edition), Optoelectronics in the wavelength range of visible light.
В этом описании изобретения термин "диапазон длин волн видимого света" также означает диапазон длин волн составляющих света, проходящих через цветные светофильтры (например, фильтры красного, зеленого и синего основных цветов), размещенные в соответствии с соответствующими элементами фотоэлектрического преобразования. В этом случае "наименьшая длина волны в диапазоне длин волн видимого света" означает длину волны (например, длину волны синего света), заданную спектральным распределением пропускания цветного светофильтра, цвета, соответствующего наименьшей длине волны среди цветов, заданных цветными светофильтрами, в устройстве фотоэлектрического преобразования. "Наибольшая длина волны в диапазоне длин волн видимого света" означает длину волны (например, длину волны красного света), заданную спектральным распределением пропускания цветного светофильтра, цвета, соответствующего наибольшей длине волны среди цветов, заданных цветными светофильтрами, в устройстве фотоэлектрического преобразования.In this description of the invention, the term "wavelength range of visible light" also means the wavelength range of the light components passing through color filters (e.g., red, green, and blue primary filters) arranged in accordance with the respective photoelectric conversion elements. In this case, "the smallest wavelength in the wavelength range of visible light" means the wavelength (for example, the wavelength of blue light) specified by the spectral distribution of transmission of the color filter, the color corresponding to the smallest wavelength among the colors specified by color filters, in the photoelectric conversion device . "Longest wavelength in the wavelength range of visible light" means a wavelength (e.g., a red light wavelength) specified by a spectral distribution of transmission of a color filter, a color corresponding to the longest wavelength among the colors specified by color filters, in the photoelectric conversion device.
Другие термины, используемые в описании изобретения, также будут объяснены.Other terms used in the description of the invention will also be explained.
Пиксель - это минимальный модуль, включающий в себя элемент фотоэлектрического преобразования. Пиксель может включать в себя вышеупомянутый цветной светофильтр, транзистор и т.п., в добавок к элементу фотоэлектрического преобразования.A pixel is a minimal module that includes a photoelectric conversion element. The pixel may include the aforementioned color filter, a transistor, and the like, in addition to the photoelectric conversion element.
"Подложка" представляет собой полупроводниковую подложку, служащую материалом основания, но также может включать в себя материал подложки, обрабатываемый следующим образом. Например, подложка означает даже элемент, в котором сформирована одна или множество областей полупроводника и т.п., элемент, подвергаемый ряду производственных процессов, или элемент, подвергнутый ряду производственных процессов.A “substrate” is a semiconductor substrate serving as a base material, but may also include a substrate material processed as follows. For example, a substrate even means an element in which one or a plurality of semiconductor regions and the like are formed, an element subjected to a series of production processes, or an element subjected to a series of production processes.
Настоящее изобретение будет подробно описано со ссылкой на прилагаемые чертежи.The present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
(Первый вариант осуществления)(First Embodiment)
На фиг.1 показан вид в разрезе устройства 1 фотоэлектрического преобразования, согласно первому варианту осуществления. Световодные участки размещены на множестве элементов фотоэлектрического преобразования в соответствии с соответствующими элементами фотоэлектрического преобразования. Зазор между соседними световодными участками (т.е. ширина граничного участка) и высота световодного участка заданы равными заранее определенным значениям.1 is a cross-sectional view of a
На фиг.1 подложка 100 включает в себя канал 101 и элементы 102 фотоэлектрического преобразования. Подложка 100 выполнена, например, из кремния.1, a
Канал 101 содержит примесь первого типа проводимости (например, P-типа) с более низкой концентрацией, чем в элементе 102 фотоэлектрического преобразования.Channel 101 contains an impurity of the first type of conductivity (for example, P-type) with a lower concentration than in the
Элемент 102 фотоэлектрического преобразования содержит примесь второго типа проводимости (например, N-типа), которая соответствует носителю, в более высокой концентрации, чем канал 101. Второй тип проводимости имеет тип проводимости, противоположный первому типу проводимости.The
Элемент 102 фотоэлектрического преобразования имеет светочувствительную поверхность 103. Множество элементов 102 фотоэлектрического преобразования размещена в подложке 100. Каждый элемент 102 фотоэлектрического преобразования осуществляет фотоэлектрическое преобразование в запирающем слое, сформированном вблизи границы между элементом 102 фотоэлектрического преобразования и каналом 101, генерируя и накапливая заряды в соответствии со светом, падающим на светочувствительную поверхность 103.The
Изолирующие пленки 104a и 104b из нескольких слоев размещены на элементах 102 фотоэлектрического преобразования. Изолирующая пленка 104a изолирует поверхность подложки 100 от слоя 105 разводки (описанного ниже). Изолирующая пленка 104b изолирует слой на ней от слоя 105 разводки. Каждая из изолирующих пленок 104a и 104b выполнена, например, в виде пленки оксида кремния.Multiple-layer
Слой 105 разводки располагается между изолирующими пленками 104a и 104b. Слой 105 разводки выполнен, например, из интерметаллического соединения, содержащего, в основном, алюминий.The
Множество световодных участков 106 сформировано на изолирующей пленке 104b в соответствии с соответствующими элементами 102 фотоэлектрического преобразования. Материал, образующий световодный участок 106, представляет собой, например, оксид кремния, и воздух заполняет граничный участок 107 между соседними световодными участками. В этой структуре свет, поступающий в световодный участок 106 от верхней поверхности 106a световодного участка 106, легко испытывает полное отражение боковой поверхностью 106c, служащей границей раздела между световодным участком 106 и граничным участком 107, и направляется к нижней поверхности 106b. Когда показатели преломления световодного участка 106 и изолирующей пленки 104b почти равны друг другу, свет с трудом отражается на границе раздела между ними. Поэтому свет, направляемый к нижней поверхности 106b, легко достигает светочувствительной поверхности 103 элемента 102 фотоэлектрического преобразования через изолирующие пленки 104a и 104b.A plurality of light guide sections 106 are formed on the
Высота H каждого световодного участка 106 задана так, чтобы она была не меньше удвоенной наибольшей длины волны в диапазоне длин волн видимого света. Зазор W между двумя соседними световодными участками 106 (т.е. ширина W граничного участка 107) задан так, чтобы он не превышал половины наименьшей длины волны в диапазоне длин волн видимого света. В такой структуре свет, поступающий в область (граничный участок), где не существует световодных участков, преломляется к центру световодного участка, и легко поступает в световодный участок от его боковой поверхности. Как описано выше, свет, поступающий в световодный участок, легко направляется к светочувствительной поверхности элемента фотоэлектрического преобразования. Это позволяет повысить коэффициент сбора света, выражающий отношение света, направляемого к светочувствительной поверхности элемента фотоэлектрического преобразования, к свету, поступающему в устройство 1 фотоэлектрического преобразования.The height H of each light guide portion 106 is set so that it is not less than twice the largest wavelength in the wavelength range of visible light. The gap W between two adjacent light guide sections 106 (i.e., the width W of the boundary portion 107) is set so that it does not exceed half the smallest wavelength in the wavelength range of visible light. In such a structure, the light entering the region (boundary section) where there are no light guide sections is refracted to the center of the light guide section and easily enters the light guide section from its side surface. As described above, the light entering the light guide portion is easily guided to the photosensitive surface of the photoelectric conversion element. This makes it possible to increase the light collection coefficient expressing the ratio of the light directed to the photosensitive surface of the photoelectric conversion element to the light entering the
Согласно фиг.1, высота H световодного участка 106 задана так, чтобы она была не меньше удвоенной (например, 1,5 мкм) наибольшей длины волны в диапазоне длин волн видимого света. Зазор W между соседними световодными участками 106 (т.е. ширина W граничного участка 107) задан так, чтобы он не превышал половины (например, 200 нм) наименьшей длины волны в диапазоне длин волн видимого света. Высота H световодного участка 106, ширина W граничного участка 107 и длина волны собираемого света будут подробно описаны ниже.According to figure 1, the height H of the light guide section 106 is set so that it is not less than twice (for example, 1.5 μm) of the largest wavelength in the wavelength range of visible light. The gap W between adjacent light guide sections 106 (i.e., the width W of the boundary portion 107) is set so that it does not exceed half (for example, 200 nm) of the smallest wavelength in the wavelength range of visible light. The height H of the light guide portion 106, the width W of the
На фиг.2, включающей в себя 2A и 2B, показаны результаты моделирования поведения света в устройстве 1 фотоэлектрического преобразования, согласно первому варианту осуществления. В частности, на 2A фиг.2 показан результат анализа поведения света, когда свет поступает на верхнюю поверхность световодного участка перпендикулярно (под углом падения 0°). На 2B фиг.2 показан результат анализа поведения света, когда свет поступает на верхнюю поверхность световодного участка наклонно (под углом падения 20°).FIG. 2, including 2A and 2B, shows the results of modeling the behavior of light in the
При моделировании длина волны параллельного света составляла 500 нм, высота H световодного участка составляла 5,0 мкм, и зазор W между соседними световодными участками 106 (т.е. ширина W граничного участка 107) составлял 250 нм.In the simulation, the parallel wavelength was 500 nm, the height H of the light guide section was 5.0 μm, and the gap W between adjacent light guide sections 106 (i.e., the width W of the boundary section 107) was 250 nm.
На 2A и 2B фиг.2 прямоугольный экран 200 на черном фоне отображает результат моделирования. Черные и белые полоски на экране 200 отображают поведение света. Более глубокие градации черного и белого означают, что амплитуда световой волны увеличивается, и энергия света, выражаемая квадратом амплитуды, возрастает. Серый участок показывает центр амплитуды и означает, что энергия света мала.2A and 2B of FIG. 2, a
На 2A фиг.2 показан случай, когда параллельные составляющие света поступают на верхнюю поверхность световодного участка под углом падения 0°. На 2B фиг.2 показан случай, когда параллельные составляющие света поступают на верхнюю поверхность световодного участка под углом падения 20°. Контурные стрелки на 2A и 2B фиг.2 схематически поясняют поведение падающего света в зависимости от разницы в угле падения.2A of FIG. 2 shows a case where parallel light components arrive at the upper surface of the light guide portion at an angle of incidence of 0 °. 2B shows a case where parallel components of the light enter the upper surface of the light guide portion at an angle of incidence of 20 °. The contour arrows in 2A and 2B of FIG. 2 schematically explain the behavior of the incident light as a function of the difference in the angle of incidence.
На 2A фиг.2 параллельная составляющая света, обозначенная стрелкой 203 и поступающая вблизи центра световодного участка 201, распространяется через световодный участок почти перпендикулярно светочувствительной поверхности элемента фотоэлектрического преобразования. Параллельная составляющая света, обозначенная стрелкой 204 и поступающая на граничный участок между световодным участком 201 и световодным участком 202, преломляется боковой поверхностью световодного участка 201 (т.е. границей раздела между световодным участком и граничным участком) в соответствии с разностью между показателями преломления световодного участка 201 (оксида кремния) и граничного участка (воздуха), поступает в световодный участок 201 и распространяется через световодный участок 201 к центру на нижней поверхности световодного участка 201, как указано стрелкой 205.In 2A of FIG. 2, the parallel light component, indicated by
На 2B фиг.2 параллельная составляющая света 208, которая поступает на световодный участок 206 под углом падения 20°, полностью отражается боковой поверхностью световодного участка 206, и распространяется к центру на нижней поверхности световодного участка 206, как показано, стрелка 210. Аналогично поведению на 2A фиг.2, параллельная составляющая света 209, поступающая на граничный участок между световодным участком 206 и световодным участком 207, преломляется боковой поверхностью световодного участка 206 (т.е. границей раздела между световодным участком и граничным участком) в соответствии с разностью между показателями преломления световодного участка 206 (оксида кремния) и граничного участка (воздуха), поступает в световодный участок 206 и распространяется к центру на нижней поверхности световодного участка 206, как указано стрелкой 210.2B of FIG. 2, the parallel component of
В традиционном устройстве фотоэлектрического преобразования, когда свет поступает в граничную область между соседними линзами в линзовой матрице микролинз, размещенных в двух измерениях в соответствии с элементами 102 фотоэлектрического преобразования, свет часто распространяется прямолинейно. Поэтому трудно направлять свет, поступающий в граничную область на линзовой матрице, к светочувствительной поверхности элемента фотоэлектрического преобразования.In a conventional photoelectric conversion device, when light enters the boundary region between adjacent lenses in a microlens lens array arranged in two dimensions in accordance with
Напротив, в устройстве 1 фотоэлектрического преобразования согласно первому варианту осуществления, свет, поступающий на граничный участок между соседними световодными участками, преломляется боковой поверхностью световодного участка (т.е. границей раздела между световодным участком и граничным участком), поступает в световодный участок, и легко направляется к светочувствительной поверхности элемента фотоэлектрического преобразования. Таким образом, легко направлять свет, поступающий на граничный участок между соседними световодными участками, к светочувствительной поверхности элемента фотоэлектрического преобразования. По сравнению с традиционным устройством фотоэлектрического преобразования устройство 1 фотоэлектрического преобразования может повысить коэффициент сбора света, выражающий отношение света, направляемого к светочувствительной поверхности элемента фотоэлектрического преобразования, к свету, поступающему в устройство 1 фотоэлектрического преобразования.In contrast, in the
Поведение света на световодном участке будет подробно описано со ссылкой на фиг.3. На фиг.3 показан вид, поясняющий принцип сбора света, когда параллельные составляющие света поступают на граничный участок между соседними световодными участками. Те же самые позиции, что и на фиг.1, обозначают детали, имеющие те же самые функции.The behavior of the light in the light guide section will be described in detail with reference to FIG. Figure 3 shows a view explaining the principle of collecting light when parallel components of the light enter the boundary section between adjacent light guide sections. The same positions as in FIG. 1 indicate parts having the same functions.
На фиг.3 два световодных участка 106 для удобства различаются как световодные участки 106-1 и 106-2. На фиг.3 точечные источники 302, 303 и 304 представляют составляющие света сразу после того, как параллельные составляющие 301 света поступают на световодный участок 106-1, граничный участок 107 и световодный участок 106-2, соответственно. Множество световодных участков 106-1 и 106-2 соседствуют друг с другом. Точечные источники 302 и 304 находятся на световодных участках 106-1 и 106-2, тогда как точечный источник 303 находится на граничном участке (промежутке) 107 между световодными участками 106-1 и 106-2. В этом случае ширина граничного участка 107, т.е. зазор между световодными участками 106-1 и 106-2 задан так, чтобы он не превышал половины длины волны падающей параллельной составляющей 301 света, и не превышал половины наименьшей длины волны в диапазоне длин волн видимого света. Высота каждого из световодных участков 106-1 и 106-2 задана так, чтобы она была не меньше удвоенной наибольшей длины волны в диапазоне длин волн видимого света. Для удобства объяснения рассмотрим один световодный участок 106-1.In FIG. 3, two light guide sections 106 for convenience are distinguished as light guide sections 106-1 and 106-2. 3,
Луч 308 света, попадая на граничный участок 107, распространяется почти прямолинейно. Однако луч 307 света поступает на боковую поверхность 106c-1 световодного участка 106-1 под углом. Луч 307 света преломляется боковой поверхностью 106c-1 световодного участка 106-1, поступает в световодный участок 106-1 и распространяется к центру на нижней поверхности 106b-1 световодного участка 106-1.The
Напротив, большинство лучей света 305 и 306, поступая в световодный участок 106-1, полностью отражаются боковой поверхностью 106c-1 световодного участка 106-1, поскольку показатели преломления световодного участка 106-1 и граничного участка 107 отличаются друг от друга (в частности, показатель преломления световодного участка 106-1 выше показателя преломления граничного участка 107), поэтому свет редко поступает на граничный участок 107. Поскольку свет с трудом поступает на граничный участок 107, существует мало лучей света, которые усиливают луч 308 света, распространяющийся прямолинейно через граничный участок 107. Поскольку большинство лучей света, распространяющихся через граничный участок 107, поступает на световодный участок 106-1 или 106-2, энергия 308 луча света, распространяющегося через граничный участок 107, в конце концов, снижается. Таким образом, большая часть света, поступающего на граничный участок 107, собирается на световодном участке.In contrast, most
На фиг.4 показан график, демонстрирующий соотношение между высотой световодного участка, зазором между световодными участками (т.е. шириной граничного участка) и коэффициентом сбора света. График на фиг.4 получен посредством того же моделирования, что и на 2A и 2B фиг.2. На фиг.4 показан коэффициент сбора света в зависимости от высоты световодного участка, когда длина волны падающего света задана равной 500 нм, и зазор между соседними световодными участками (т.е. ширина граничного участка) задан равным 0,25 мкм, 0,5 мкм, 0,75 мкм и 1,0 мкм. Ось абсцисс графика отображает значение длины, приведенной к длине волны, когда верхняя поверхность 106a (см. фиг.1) световодного участка задана как начало отсчета в направлении, перпендикулярном подложке, и направление подложки, в котором распространяется свет, задано как положительное направление. Другими словами, ось абсцисс отображает позицию (оптическое расстояние от позиции на одном уровне с верхней поверхностью 106a световодного участка) на граничном участке. Ось ординат отображает приведенное значение энергии света, оставшейся на граничном участке между соседними световодными участками, когда значение энергии света в позиции граничного участка, который находится на одном уровне с поверхностью световодного участка, задано равным 1. Как описано выше, снижение энергии света, оставшейся на граничном участке между соседними световодными участками, означает, что большая часть света на граничном участке собирается в световодных участках.4 is a graph showing the relationship between the height of the light guide section, the gap between the light guide sections (i.e., the width of the boundary section) and the light collection coefficient. The graph in FIG. 4 is obtained by the same simulation as in FIGS. 2A and 2B. Figure 4 shows the light collection coefficient depending on the height of the light guide section when the wavelength of the incident light is set to 500 nm, and the gap between adjacent light guide sections (i.e., the width of the boundary section) is set to 0.25 μm, 0.5 μm, 0.75 μm and 1.0 μm. The abscissa axis of the graph displays the value of the length reduced to the wavelength when the upper surface 106a (see FIG. 1) of the light guide portion is defined as a reference point in the direction perpendicular to the substrate, and the direction of the substrate in which the light propagates is set as a positive direction. In other words, the abscissa axis represents the position (the optical distance from the position at the same level with the upper surface 106a of the light guide section) at the boundary section. The ordinate axis displays the reduced value of the light energy remaining at the boundary portion between adjacent light guide sections when the light energy at the position of the boundary portion that is at the same level as the surface of the light guide section is set to 1. As described above, the decrease in the light energy remaining at the boundary section between adjacent light guide sections means that most of the light at the boundary section is collected in the light guide sections.
Согласно фиг.4, когда позиция на граничном участке между световодными участками перемещается от позиции на одном уровне с поверхностью световодного участка, энергия света в позиции на граничном участке снижается, в то время как зазор между световодными участками остается постоянным. На фиг.4 энергия света, когда свет распространяется на расстояние двух длин волны ("2" на оси абсцисс) через граничный участок, соответствующий зазору 1,0 мкм между световодными участками, сравнивается с энергией света, когда свет распространяется на расстояние двух длин волны через граничный участок, соответствующий зазору 0,25 мкм между световодными участками. Энергия света снижается до около 70% на граничном участке, соответствующем зазору 1,0 мкм между световодными участками, и около 10% на граничном участке, соответствующем зазору 0,25 мкм между ними.According to FIG. 4, when the position at the boundary portion between the light guide portions moves from the position at the same level as the surface of the light guide portion, the light energy at the position at the boundary portion decreases, while the gap between the light guide portions remains constant. In Fig. 4, the light energy when light propagates at a distance of two wavelengths ("2" on the abscissa axis) through a boundary portion corresponding to a gap of 1.0 μm between the light guide portions is compared with light energy when light propagates at a distance of two wavelengths through the boundary section corresponding to a gap of 0.25 μm between the light guide sections. The light energy is reduced to about 70% at the boundary portion corresponding to a gap of 1.0 μm between the light guide sections, and about 10% at the boundary portion corresponding to a gap of 0.25 μm between them.
В частности, около 30% света, поступающего на граничный участок, соответствующий зазору 1,0 мкм между световодными участками, поступает в световодные участки. Напротив, около 90% света, поступающего на граничный участок, соответствующий зазору 0,25 мкм между световодными участками, поступает в световодные участки. Это означает, что коэффициент сбора света выше для более узкого зазора между световодными участками (меньшей ширины граничного участка). Кроме того, даже после того, как свет распространяется на расстояние, в 10 раз превышающее длину волны, остается 20% энергии света, когда зазор между световодными участками равен 1,0 мкм. Таким образом, те же эффекты, которые получаются, когда зазор между световодными участками равен 0,25 мкм, не достигаются.In particular, about 30% of the light entering the boundary portion corresponding to a gap of 1.0 μm between the light guide portions enters the light guide portions. In contrast, about 90% of the light entering the boundary portion corresponding to a gap of 0.25 μm between the light guide portions enters the light guide portions. This means that the light collection coefficient is higher for a narrower gap between the light guide sections (smaller width of the boundary section). In addition, even after the light travels a
Исходя из этих результатов коэффициент сбора света значительно увеличивается, когда зазор между световодными участками равен половине длины волны (т.е. 0,5λ), и высоту (т.е. 2λ) световодного участка достаточно задать так, чтобы она не меньше, чем в четыре раза, превышала зазор между световодными участками. Кроме того, коэффициент сбора света можно увеличить, сделав зазор между световодными участками короче по отношению к длине волны и сделав световодный участок выше. При наличии распределения по длине волны, как в видимом свете, более желательно сделать зазор между световодными участками не превышающим половины наименьшей длины волны в диапазоне длин волн видимого света и сделать высоту световодного участка не меньшей удвоенной наибольшей длины волны в диапазоне длин волн видимого света. Эта структура позволяет достигать удовлетворительного эффекта сбора света для всех составляющих света в диапазоне длин волн видимого света. Поскольку для повышения коэффициента сбора света не требуется формировать сложной формы, производственный процесс упрощается, и контроль формы также упрощается.Based on these results, the light collection coefficient increases significantly when the gap between the light guide sections is equal to half the wavelength (i.e. 0.5λ), and it is sufficient to set the height (i.e. 2λ) of the light guide section so that it is not less than four times the gap between the light guide sections. In addition, the light collection coefficient can be increased by making the gap between the light guide portions shorter with respect to the wavelength and by making the light guide portion higher. If there is a distribution along the wavelength, as in visible light, it is more desirable to make the gap between the light guide sections not exceeding half the smallest wavelength in the wavelength range of visible light and make the height of the light guide section not less than twice the largest wavelength in the wavelength range of visible light. This structure allows to achieve a satisfactory light collection effect for all light components in the wavelength range of visible light. Since it is not necessary to form a complex shape to increase the light collection coefficient, the manufacturing process is simplified, and the shape control is also simplified.
В вышеупомянутом диапазоне длин волн видимого света наименьшая длина волны равна 400 нм, и наибольшая длина волны равна 750 нм. В этом случае достаточно, чтобы зазор между световодными участками (т.е. ширина граничного участка) был не больше 0,2 мкм и чтобы высота световодного участка была не меньше 1,5 мкм. Например, световодные участки формируются с зазором около 0,2 мкм между световодными участками (т.е. формируется граничный участок шириной около 0,2 мкм) и высота световодного участка составляет около 1,5 мкм. Устройство 1 фотоэлектрического преобразования, имеющее световодные участки, которое увеличивает коэффициент сбора света видимого света, можно использовать, в частности, как устройство фотоэлектрического преобразования видимого света. При этом элемент фотоэлектрического преобразования желательно формировать так, чтобы он имел спектральную чувствительность, соответствующую видимому свету.In the aforementioned wavelength range of visible light, the shortest wavelength is 400 nm and the longest wavelength is 750 nm. In this case, it is sufficient that the gap between the light guide sections (i.e., the width of the boundary section) is not more than 0.2 μm and that the height of the light guide section is not less than 1.5 μm. For example, the light guide sections are formed with a gap of about 0.2 μm between the light guide sections (i.e., a boundary section with a width of about 0.2 μm is formed) and the height of the light guide section is about 1.5 μm. A
Диапазон длин волн света, фактически поступающего в устройство 1 фотоэлектрического преобразования, можно до некоторой степени прогнозировать (например, он определяется длиной волны, проходящей через цветной светофильтр). Таким образом, зазор между световодными участками и высоту световодного участка также можно проектировать на основании диапазона длин волн источника света. Например, предполагается несколько источников света (длин волны, проходящих через светофильтр), и зазор между световодными участками и высота выбираются так, чтобы охватить диапазоны длин волн лучей света от этих источников света.The wavelength range of the light actually entering the
Наибольшая и наименьшая длины волны, которые определяют высоту световодного участка и зазор между световодными участками, также можно определить с использованием диапазона длин волн видимого света, как описано выше, а также можно определить следующим образом. Например, зазор между световодными участками и высоту световодного участка также можно определить на основании распределения спектральной чувствительности (эффективности фотоэлектрического преобразования по отношению к длине волны падающего света) элемента фотоэлектрического преобразования.The largest and smallest wavelengths that determine the height of the light guide section and the gap between the light guide sections can also be determined using the wavelength range of visible light, as described above, and can also be determined as follows. For example, the gap between the light guide sections and the height of the light guide section can also be determined based on the distribution of spectral sensitivity (photoelectric conversion efficiency with respect to the incident light wavelength) of the photoelectric conversion element.
Например, определено нижнее предельное значение спектральной чувствительности, допустимое в распределении спектральной чувствительности элемента фотоэлектрического преобразования. Соответственно, можно задать верхний предел (со стороны инфракрасного диапазона) и нижний предел (со стороны ультрафиолетового диапазона) длины волны.For example, the lower limit value of the spectral sensitivity is determined, which is acceptable in the distribution of the spectral sensitivity of the photoelectric conversion element. Accordingly, you can set the upper limit (from the infrared range) and the lower limit (from the ultraviolet range) of the wavelength.
Например, когда у спектральной чувствительности элемента фотоэлектрического преобразования имеется пик, длины волн на верхнем и нижнем пределах диапазона длины волн, когда интенсивность света достигает половины пикового значения i, также можно использовать. Длины волн на верхнем и нижнем пределах диапазона длин волн, когда интенсивность света достигает половины пикового значения, - это длины волн на нижнем и верхнем пределах при получении полной ширины на половине максимума. Спектральную чувствительность элемента фотоэлектрического преобразования можно надлежащим образом определить в зависимости от типа полупроводника, который образует элемент фотоэлектрического преобразования, способа изготовления и т.п. Световодные участки, заданные вышеописанным образом, могут эффективно собирать свет, соответствующий пику чувствительности элемента фотоэлектрического преобразования.For example, when the spectral sensitivity of the photoelectric conversion element has a peak, the wavelengths on the upper and lower limits of the wavelength range, when the light intensity reaches half the peak value i, can also be used. The wavelengths at the upper and lower limits of the wavelength range, when the light intensity reaches half the peak value, are the wavelengths at the lower and upper limits when the full width is obtained at half maximum. The spectral sensitivity of the photoelectric conversion element can be appropriately determined depending on the type of semiconductor that forms the photoelectric conversion element, the manufacturing method, and the like. The light guide sections defined in the above manner can efficiently collect light corresponding to a peak of sensitivity of the photoelectric conversion element.
Когда цветные светофильтры предназначены для разложения света по длинам волн и осуществления фотоэлектрического преобразования в каждом пикселе, диапазон длин волн падающего света можно оценивать и определять из спектра пропускания (интенсивности света, проходящего через цветной светофильтр по отношению к каждой длине волны) цветного светофильтра. Для устройства 1 фотоэлектрического преобразования, имеющего цветные светофильтры основных цветов, достаточно выбрать наименьшую длину волны в диапазоне длин волн видимого света из спектра пропускания синего светофильтра, и наибольшую длину волны из спектра пропускания красного светофильтра. Например, наибольшая длина волны может быть выбрана из длин волн, на которых свет демонстрирует интенсивность в половину пикового значения в спектре пропускания красного светофильтра. Наименьшая длина волны может быть выбрана из длин волн, на которых свет демонстрирует интенсивность в половину пикового значения в спектре пропускания синего светофильтра. Также может быть выбрана длина волны, при которой свет демонстрирует пиковую интенсивность. Длину волны также можно задать, объединив спектральную чувствительность элемента фотоэлектрического преобразования и спектральный коэффициент пропускания цветного светофильтра. Задав, таким образом, длину волны, можно эффективно собирать свет, соответствующий пику чувствительности элемента фотоэлектрического преобразования.When color filters are designed to decompose light according to wavelengths and perform photoelectric conversion in each pixel, the wavelength range of incident light can be estimated and determined from the transmission spectrum (the intensity of light passing through the color filter with respect to each wavelength) of the color filter. For the
В устройстве 1 фотоэлектрического преобразования согласно первому варианту осуществления свет, поступающий в область (граничный участок), где не существует световодных участков, поступает в световодный участок от его боковой поверхности, распространяется к центру нижней поверхности, и направляется к светочувствительной поверхности элемента фотоэлектрического преобразования, увеличивая коэффициент сбора света. В первом варианте осуществления воздух заполняет пространство между световодными участками, но также можно размещать материал, имеющий более низкий показатель преломления, чем световодный участок. Материал световодного участка не ограничен вышеописанным.In the
В первом варианте осуществления описана многослойная структура межсоединений, выполненная из изолирующих пленок из нескольких слоев и слоя разводки. Однако первый вариант осуществления применим также к структуре устройства фотоэлектрического преобразования на основе ПЗС и т.п., или к структуре, в которой световодный участок размещен на прозрачном электроде.In the first embodiment, a multilayer interconnect structure made of insulating films of several layers and a wiring layer is described. However, the first embodiment is also applicable to the structure of the CCD-based photoelectric conversion device or the like, or to the structure in which the light guide portion is arranged on the transparent electrode.
(Второй вариант осуществления)(Second Embodiment)
Устройство 5 фотоэлектрического преобразования согласно второму варианту осуществления имеет линзовую матрицу и матрицу цветных светофильтров, соответствующую линзовой матрице. Каждый цветной светофильтр матрицы цветных светофильтров входит в состав световодного участка, в дополнение к структуре первого варианта осуществления. На фиг.5 показан вид в разрезе устройства 5 фотоэлектрического преобразования согласно второму варианту осуществления, и на фиг.6 показан вид сверху устройства 5 фотоэлектрического преобразования. Те же самые позиции, что и на фиг.1, обозначают те же детали, и мы не будем повторять их описание.The
Согласно фиг.5, линзы 501 располагаются между световодными участками 505 и изолирующей пленкой 104b. Множество линз 501 образует двухмерную матрицу в соответствии с соответствующими элементами 102 фотоэлектрического преобразования.5,
Каждый световодный участок 505 включает в себя цветной светофильтр 503. Благодаря расположению линзы 501 между световодным участком 505 и изолирующей пленкой 104b свет, собранный световодным участком 505, можно эффективно собирать на светочувствительной поверхности 103 элемента фотоэлектрического преобразования. Поскольку световодный участок 505 включает в себя цветной светофильтр 503, цветной светофильтр 503 можно размещать без увеличения высоты устройства 5 фотоэлектрического преобразования от светочувствительной поверхности 103. Другими словами, расстояние между светочувствительной поверхностью 103 и цветным светофильтром 503 в устройстве 5 фотоэлектрического преобразования можно уменьшить.Each
Цветной светофильтр 503 желательно формировать из материала, имеющего такой же показатель преломления, как нижний участок 502 и верхний участок 504 световодного участка 505. Это соотношение показателей преломления позволяет снижать отражение света на границе раздела между цветным светофильтром 503 и нижним участком 502 или верхним участком 504 световодного участка.It is desirable to form the
Боковая поверхность 503c цветного светофильтра 503, предпочтительно, образует поверхность, продолжающуюся от боковой поверхности 502c нижнего участка 502 световодного участка 505 и боковой поверхности 504c верхнего участка 504.The
Если боковая поверхность цветного светофильтра выступает внутрь световодного участка от боковых поверхностей верхнего и нижнего участков световодного участка, даже свет, поступающий в световодный участок 505, может не проходить через цветной светофильтр 503, снижая цветовую чувствительность. Боковая поверхность цветного светофильтра выступает внутрь световодного участка от боковых поверхностей верхнего и нижнего участков световодного участка, когда цветной светофильтр меньше по поперечной ширине, чем верхняя поверхность или нижняя поверхность световодного участка, если смотреть сверху (в направлении, перпендикулярном поверхности листа фиг.5).If the side surface of the color filter protrudes into the light guide portion from the side surfaces of the upper and lower portions of the light guide portion, even light entering the
Если боковая поверхность цветного светофильтра выступает наружу (по направлению к граничному участку) световодного участка от боковых поверхностей верхнего и нижнего участков световодного участка 505, даже свет, поступающий на граничный участок 506, может не поступать на световодный участок, снижая коэффициент сбора света. Боковая поверхность цветного светофильтра выступает наружу (по направлению к граничному участку) световодного участка от боковых поверхностей верхнего и нижнего участков световодного участка, когда цветной светофильтр больше по поперечной ширине, чем световодный участок, если смотреть сверху (в направлении, перпендикулярном поверхности листа фиг.5).If the side surface of the color filter protrudes outward (towards the boundary portion) of the light guide portion from the side surfaces of the upper and lower portions of the
Соотношение в двухмерном размере между линзой 501 и световодным участком 505 будет объяснено со ссылкой на фиг.6. На фиг.6 показан вид сверху, демонстрирующий схему расположения светочувствительных поверхностей 103 элементов фотоэлектрического преобразования, пикселей 601, включающих в себя элементы фотоэлектрического преобразования, линзы 501 и световодные участки 505. Нижняя поверхность 501a линзы 501 больше, чем верхняя поверхность 504a или нижняя поверхность 502b световодного участка 505 (см. фиг.6). В этой структуре линза 501 может фокусировать свет, собранный световодным участком 505, на светочувствительную поверхность 103 (как указано штрих-пунктирной линией) без каких-либо потерь. Линза 501 выполнена из материала, имеющего более высокий показатель преломления, чем у световодного участка 505, и является выпуклой линзой. Однако, когда показатель преломления линзы 501 ниже, чем у световодного участка 505, линза 501 также может быть вогнутой линзой. Материал и форму линзы 501 можно подобрать надлежащим образом.A two-dimensional ratio between the
Если смотреть в перспективе с направления, перпендикулярного светочувствительной поверхности 103, светочувствительная поверхность 103 элемента фотоэлектрического преобразования включена в нижнюю поверхность 501a линзы 501 (расположена внутри), и включена в верхнюю поверхность 504a и нижнюю поверхность 502b световодного участка 505 (расположена внутри).Seen in perspective from a direction perpendicular to the
На 7A-7F фиг.7 показан способ изготовления устройства 5 фотоэлектрического преобразования согласно второму варианту осуществления.7A-7F of FIG. 7 show a method of manufacturing a
На этапе 7A фиг.7 посторонние ионы первого типа проводимости внедряются в подложку 100, образуя канал 101 в подложке 100. Далее, посторонние ионы второго типа проводимости внедряются в заранее определенные области подложки 100, образуя элементы 102 фотоэлектрического преобразования, размещенные вокруг канала 101 в подложке 100.In
Затем на подложке 100 формируется изолирующая пленка 104a. На изолирующей пленке 104a формируется слой 105 разводки. Изолирующая пленка 104b формируется для покрытия изолирующей пленки 104a и слоя 105 разводки.Then, an insulating
Нужное количество изолирующих пленок и слоев разводки устанавливаются друг на друга.The required number of insulating films and wiring layers are installed on top of each other.
На изолирующей пленке 104b формируют линзы 501. Линзу 501 формируют, например, из нитрида кремния.
На этапе 7B фиг.7 сглаживающий слой 701 формируют для покрытия линз 501. Сглаживающий слой 701 имеет плоскую верхнюю поверхность. Сглаживающий слой 701 и цветные светофильтры 702 формируют, например, из полимера.In
На сглаживающем слой 701 формируют красный (R), зеленый (G) и синий (B) светофильтры 702. Цветные светофильтры 702 формируются, например, из полимера.On the
На этапе 7C фиг.7 прозрачная пленка 703, служащая световодными участками, формируется на цветных светофильтрах 702. Прозрачная пленка 703 может быть выполнена, например, из оксида кремния. Оксид кремния желательно формировать, например, методом spin-on glass (загонки примеси), который позволяет формировать оксид кремния при низкой температуре, чтобы не портить полупроводниковые элементы, линзы и цветные светофильтры, которые уже сформированы.In
На этапе 7D фиг.7 на прозрачной пленке 703 формируют маску 704 для травления. Маску 704 для травления формируют путем структурирования фоторезиста в соответствии с образцом (см. фиг.6) световодных участков 505 методом фотолитографии.In
На этапе 7E фиг.7 прозрачная пленка 703 подвергается травлению с использованием маски 704 для травления, с образованием верхних участков 504 световодных участков 505. Когда прозрачная пленка выполнена из оксида кремния, анизотропное травление осуществляется с использованием газообразного CF.In
На этапе 7F фиг.7, для завершения световодных участков 505, слой 702 цветных светофильтров и сглаживающий слой 701 подвергаются травлению. Согласно методу травления, анизотропное травление производится с использованием кислородосодержащего газа, удаляющего часть слоя цветных светофильтров и сглаживания. В результате формируются цветные светофильтры 503 и нижние участки 502 световодных участков 505. В то же время маска 704 для травления, сформированная на прозрачной пленке 703, также вытравливается. Линза 501, сформированная из нитрида кремния, также может действовать как слой остановки травления.In
Далее, на световодных участках 505 формируются микролинзы (не показаны) и т.п.Further, microlenses (not shown) and the like are formed in the
Таким образом, формируется устройство 5 фотоэлектрического преобразования согласно второму варианту осуществления.Thus, the
Второй вариант осуществления предусматривает использование цветных светофильтров основных цветов (R, G и B). Следовательно, зазор между световодными участками (т.е. ширину граничного участка) и высоту световодного участка можно проектировать в соответствии с характеристиками цветных светофильтров соответствующих цветов, как описано в первом варианте осуществления. Например, наименьшая длина волны в диапазоне длин волн, на которой свет, проходящий через синий светофильтр, демонстрирует интенсивность в половину пикового значения, задается как наименьшая длина волны в диапазоне длин волн видимого света. Наибольшая длина волны в диапазоне длин волн, на которой свет, проходящий через красный светофильтр, демонстрирует интенсивность в половину пикового значения, задается как наибольшая длина волны в диапазоне длин волн видимого света. На основании этих настроек устанавливаются зазор между световодными участками и высота световодного участка.The second embodiment provides for the use of color filters of primary colors (R, G and B). Therefore, the gap between the light guide sections (i.e., the width of the boundary section) and the height of the light guide section can be designed in accordance with the characteristics of the color filters of the respective colors, as described in the first embodiment. For example, the smallest wavelength in the wavelength range at which the light passing through the blue filter shows an intensity of half the peak value is specified as the smallest wavelength in the wavelength range of visible light. The longest wavelength in the wavelength range at which light passing through the red filter shows an intensity of half the peak value is specified as the longest wavelength in the wavelength range of visible light. Based on these settings, a gap is established between the light guide sections and the height of the light guide section.
Во втором варианте осуществления сглаживающий слой размещается под цветным светофильтром, но это не всегда необходимо. В отсутствие сглаживающего слоя граница раздела между разными средами в световодном участке может быть устранена, снижая внутреннее отражение. Как описано выше, согласно способу изготовления, по второму варианту осуществления, устройство фотоэлектрического преобразования с высокой эффективностью сбора света можно изготавливать простым способом с использованием обработки полупроводников. Этот способ изготовления применим и к другим вариантам осуществления.In the second embodiment, the smoothing layer is placed under the color filter, but this is not always necessary. In the absence of a smoothing layer, the interface between different media in the fiber section can be eliminated, reducing internal reflection. As described above, according to the manufacturing method according to the second embodiment, the photoelectric conversion device with high light collection efficiency can be manufactured in a simple manner using semiconductor processing. This manufacturing method is also applicable to other embodiments.
(Третий вариант осуществления)(Third Embodiment)
Третий вариант осуществления отличается тем, что фильтр низких частот в качестве оптического элемента размещен на световодные участки. На фиг.8 показан вид в разрезе устройства 8 фотоэлектрического преобразования согласно третьему варианту осуществления. Те же самые позиции, что и на фиг.1, обозначают те же детали, и мы не будем повторять их описание.The third embodiment is characterized in that the low-pass filter as an optical element is placed on the light guide sections. FIG. 8 is a cross-sectional view of the
На фиг.8 линзы 801 сформированы на изолирующей пленке 104b, и световодные участки 802 сформированы на линзах 801. Детальная структура световодного участка 802 такая же, как в первом варианте осуществления, и мы не будем повторять ее описание. Фильтр 803 низких частот размещен на световодных участках 802.8,
Традиционно, при размещении фильтра низких частот в устройстве фотоэлектрического преобразования даже с учетом коэффициента сбора света, оптоволоконную пластину (FOP) необходимо располагать между устройством фотоэлектрического преобразования и фильтром низких частот. Необходимо также размещать микролинзу на устройстве фотоэлектрического преобразования и помещать сглаживающий слой между микролинзой и фильтром низких частот.Traditionally, when placing a low-pass filter in the photoelectric conversion device, even taking into account the light collection coefficient, a fiber optic plate (FOP) must be placed between the photoelectric conversion device and the low-pass filter. It is also necessary to place the microlens on the photoelectric conversion device and place the smoothing layer between the microlens and the low-pass filter.
Напротив, верхняя поверхность световодного участка 802 является плоской в устройстве 8 фотоэлектрического преобразования согласно третьему варианту осуществления, поэтому фильтр 803 низких частот можно размещать на элементе фотоэлектрического преобразования без посредничества FOP или сглаживающего слоя. Поскольку границы раздела, образованные за счет размещения FOP и сглаживающего слоя, могут исчезать, можно предотвращать отражение света на границах раздела.In contrast, the upper surface of the
Третий вариант осуществления предусматривает использование фильтра низких частот в качестве оптического элемента. Другими примерами оптического элемента являются преобразователь длины волны, плосковыпуклая линза, плосковогнутая линза и цветной светофильтр. Эти оптические элементы также можно надлежащим образом комбинировать и укладывать друг на друга. Эта структура облегчает монтаж. Поскольку оптический элемент можно размещать вблизи элемента фотоэлектрического преобразования, коэффициент сбора света можно увеличить, а также можно уменьшить аберрацию.A third embodiment provides for the use of a low pass filter as an optical element. Other examples of an optical element are a wavelength converter, a plano-convex lens, a plano-concave lens, and a color filter. These optical elements can also be properly combined and stacked on top of each other. This structure facilitates installation. Since the optical element can be placed near the photoelectric conversion element, the light collection coefficient can be increased, and the aberration can also be reduced.
(Применение к системе формирования изображения)(Application to imaging system)
На фиг.9 показана блок-схема, демонстрирующая применение устройства фотоэлектрического преобразования, описанного согласно вариантам осуществления с первого по третий настоящего изобретения, к системе формирования изображения. Система формирования изображения представляет собой, например, цифровой фотоаппарат или видеокамеру.Fig. 9 is a block diagram illustrating the application of the photoelectric conversion device described according to
Как показано на фиг.9, система 90 формирования изображения в основном содержит оптическую систему, устройство 904 восприятия изображения и блок обработки сигнала. Оптическая система в основном содержит затвор 901, линзу 902 и диафрагму 903. Устройство 904 восприятия изображения включает в себя устройство 1 фотоэлектрического преобразования (или 5 или 8). Блок обработки сигнала в основном содержит схему 905 обработки воспринятого сигнала, А/Ц преобразователь 906, процессор 907 сигнала изображения, память 910, внешний интерфейс 913, тактовый генератор 908, блок 909 общего управления/арифметики, носитель 912 информации, и интерфейс 911 управления носителем информации. Блок обработки сигнала может не содержать носитель 912 информации.As shown in FIG. 9, the
Затвор 901 размещен перед линзой 902 на оптическом пути для управления экспозицией.A
Линза 902 преломляет падающий свет, формируя изображение объекта на плоскости восприятия изображения устройства 1 фотоэлектрического преобразования в устройстве 904 восприятия изображения.The
Диафрагма 903 располагается между линзой 902 и устройством 1 фотоэлектрического преобразования на оптическом пути и регулирует количество света, направляемого на устройство 1 фотоэлектрического преобразования после прохождения через линзу 902.
Устройство 1 фотоэлектрического преобразования устройства 904 восприятия изображения преобразует изображение объекта, сформированное на плоскости восприятия изображения устройства 1 фотоэлектрического преобразования, в сигнал изображения. Устройство 904 восприятия изображения считывает сигнал изображения из устройства 1 фотоэлектрического преобразования и выводит его.The
Схема 905 обработки воспринятого сигнала подключена к устройству 904 восприятия изображения и обрабатывает сигнал изображения, выводимый из устройства 904 восприятия изображения.The sensed
А/Ц преобразователь 906 подключен к схеме 905 обработки воспринятого сигнала и преобразует обработанный сигнал изображения (аналоговый сигнал), выводимый из схемы 905 обработки воспринятого сигнала, в сигнал изображения (цифровой сигнал).An A /
Процессор 907 сигнала изображения подключен к А/Ц преобразователю 906 и осуществляет различные арифметические процессы, например коррекцию сигнала изображения (цифрового сигнала), выводимого из А/Ц преобразователя 906, генерируя данные изображения. Процессор 907 сигнала изображения передает данные изображения в память 910, внешний интерфейс 913, блок 909 общего управления/арифметики, интерфейс 911 управления носителем информации, и т.п. в соответствии с настройкой (инструкцией) режима работы, полученной блоком 909 общего управления/арифметики от пользователя через устройство ввода (например, кнопку затвора).The
Память 910 подключена к процессору 907 сигнала изображения и хранит (накапливает) данные изображения, выводимые из процессора 907 сигнала изображения.A
Внешний интерфейс 913 подключен к процессору 907 сигнала изображения. Внешний интерфейс 913 может передавать данные изображения, выводимые из процессора 907 сигнала изображения, на внешнее устройство, например компьютер или принтер.An
Носитель 912 информации подключен с возможностью отсоединения к интерфейсу 911 управления носителем информации. Носитель 912 информации записывает данные изображения, выводимые из процессора 907 сигнала изображения, через интерфейс 911 управления носителем информации.The
Тактовый генератор 908 подключен к устройству 904 восприятия изображения, схеме 905 обработки воспринятого сигнала, А/Ц преобразователю 906 и процессору 907 сигнала изображения. Тактовый генератор 908 передает тактовые сигналы на устройство 904 восприятия изображения, схему 905 обработки воспринятого сигнала, А/Ц преобразователь 906 и процессор 907 сигнала изображения. Устройство 904 восприятия изображения, схема 905 обработки воспринятого сигнала, А/Ц преобразователь 906 и процессор 907 сигнала изображения действуют синхронно с тактовыми сигналами.The
Блок 909 общего управления/арифметики подключен к тактовому генератору 908, процессору 907 сигнала изображения и интерфейсу 911 управления носителем информации и управляет всеми ими.The general control /
Устройство 904 восприятия изображения, включающее в себя устройство 1 фотоэлектрического преобразования и А/Ц преобразователь 906, также может быть сформировано на единой подложке (подложке 100 на фиг.1), или также может быть сформировано на одном этапе. Устройство 904 восприятия изображения, включающее в себя устройство 1 фотоэлектрического преобразования и другие составные элементы системы 90 формирования изображения, также может быть сформировано на единой подложке, и также может быть сформировано на одном этапе.An
Когда в системе формирования изображения применяется устройство фотоэлектрического преобразования согласно настоящему изобретению, число монтируемых компонентов для размещения фильтра низких частот и т.п. можно сократить. Можно изготавливать компактную систему формирования изображения.When the photoelectric conversion device according to the present invention is used in the image forming system, the number of mounted components to accommodate a low-pass filter and the like. can be shortened. A compact imaging system can be manufactured.
Как описано выше, настоящее изобретение позволяет изготавливать элемент фотоэлектрического преобразования, повышающий коэффициент сбора света.As described above, the present invention allows the manufacture of a photoelectric conversion element that increases the light collection coefficient.
Хотя настоящее изобретение описано со ссылкой на иллюстративные варианты осуществления, следует понимать, что изобретение не ограничивается раскрытыми иллюстративными вариантами осуществления. Объем нижеследующей формулы изобретения соответствует самой широкой интерпретации, охватывая все подобные модификации и эквивалентные структуры и функции. Вышеописанные варианты осуществления также можно объединять друг с другом.Although the present invention has been described with reference to illustrative embodiments, it should be understood that the invention is not limited to the disclosed illustrative embodiments. The scope of the following claims is accorded the broadest interpretation, embracing all such modifications and equivalent structures and functions. The above embodiments may also be combined with each other.
Данная заявка притязает на приоритет японской патентной заявки №2007-259874, поданной 3 октября 2007 г., которая, таким образом, в полном объеме включена сюда в порядке ссылки.This application claims the priority of Japanese patent application No. 2007-259874, filed October 3, 2007, which, therefore, is fully incorporated herein by reference.
Claims (15)
множество элементов фотоэлектрического преобразования, каждый из которых имеет светочувствительную поверхность,
изолирующие пленки, размещенные на множестве элементов фотоэлектрического преобразования,
множество световодных участков, размещенных поверх изолирующих пленок, причем каждый из множества световодных участков направляет свет на светочувствительную поверхность элемента фотоэлектрического преобразования из множества элементов фотоэлектрического преобразования, и
граничные участки, причем каждый из граничных участков определяет границу между соседними световодными участками и выполнен из материала, имеющего более низкий показатель преломления, чем материал, из которого состоит множество световодных участков,
в котором ширина каждого из граничных участков не превышает половины наименьшей длины волны в диапазоне длин волн видимого света, и
высота от нижней поверхности до верхней поверхности каждого из множества световодных участков не меньше удвоенной наибольшей длины волны в диапазоне длин волн видимого света.1. The photoelectric conversion device, characterized in that it contains
many photoelectric conversion elements, each of which has a photosensitive surface,
insulating films placed on a plurality of photoelectric conversion elements,
a plurality of light guide portions arranged on top of the insulating films, each of the plurality of light guide portions directing light onto the photosensitive surface of the photoelectric conversion element from the plurality of photoelectric conversion elements, and
boundary sections, each of the boundary sections defining a boundary between adjacent light guide sections and is made of a material having a lower refractive index than the material of which the plurality of light guide sections consists,
in which the width of each of the boundary sections does not exceed half the smallest wavelength in the wavelength range of visible light, and
the height from the lower surface to the upper surface of each of the plurality of light guide sections is not less than twice the largest wavelength in the wavelength range of visible light.
каждая линза выполнена из нитрида кремния, и
каждый из множества световодных участков выполнен из оксида кремния.3. The device according to claim 2, in which
each lens is made of silicon nitride, and
each of the plurality of light guide sections is made of silicon oxide.
верхние поверхности множества световодных участков располагаются на одном уровне друг с другом и являются плоскими.4. The device according to claim 1, in which
the upper surfaces of the plurality of light guide sections are flush with each other and are flat.
каждый из множества цветных светофильтров входит в состав световодного участка.7. The device according to claim 6, in which
each of the many color filters is part of the light guide section.
цветные светофильтры являются светофильтрами основных цветов, наименьшая длина волны в диапазоне длин волн видимого света равна длине волны, определенной спектральным распределением пропускания синего светофильтра, и
наибольшая длина волны в диапазоне длин волн видимого света равна длине волны, определенной спектральным распределением пропускания красного светофильтра.8. The device according to claim 6, in which
color filters are primary color filters, the smallest wavelength in the wavelength range of visible light is equal to the wavelength determined by the transmission spectral distribution of the blue filter, and
the longest wavelength in the wavelength range of visible light is equal to the wavelength determined by the spectral distribution of the transmission of the red filter.
ширина каждого граничного участка не больше 0,2 мкм, и
высота от нижней поверхности до верхней поверхности каждого из множества световодных участков не меньше 1,5 мкм.9. The device according to claim 1, in which
the width of each boundary portion is not more than 0.2 μm, and
the height from the lower surface to the upper surface of each of the plurality of light guide portions is not less than 1.5 μm.
изолирующие пленки, размещенные на множестве элементов фотоэлектрического преобразования,
множество световодных участков, размещенных поверх изолирующих пленок из нескольких слоев, причем каждый из множества световодных участков направляет свет на светочувствительную поверхность элемента фотоэлектрического преобразования из множества элементов фотоэлектрического преобразования, и
граничные участки, причем каждый из граничных участков определяет границу между соседними световодными участками и выполнен из материала, имеющего более низкий показатель преломления, чем материал, из которого состоит множество световодных участков,
в котором ширина каждого из граничных участков не превышает половины наименьшей длины волны в диапазоне длин волн видимого света, и
высота от нижней поверхности до верхней поверхности каждого из множества световодных участков не меньше четырехкратной ширины каждого из граничных участков.10. A photoelectric conversion device, characterized in that it contains many photoelectric conversion elements, each of which has a photosensitive surface,
insulating films placed on a plurality of photoelectric conversion elements,
a plurality of light guide sections arranged on top of insulating films of several layers, each of the plurality of light guide sections directing light to a photosensitive surface of the photoelectric conversion element from the plurality of photoelectric conversion elements, and
boundary sections, each of the boundary sections defining a boundary between adjacent light guide sections and is made of a material having a lower refractive index than the material of which the plurality of light guide sections consists,
in which the width of each of the boundary sections does not exceed half the smallest wavelength in the wavelength range of visible light, and
the height from the lower surface to the upper surface of each of the many light guide sections is not less than four times the width of each of the boundary sections.
множество элементов фотоэлектрического преобразования, каждый из которых имеет светочувствительную поверхность,
множество световодных участков, размещенных поверх множества элементов фотоэлектрического преобразования, каждый из которых соответствует элементу фотоэлектрического преобразования из множества элементов фотоэлектрического преобразования, и
граничные участки, причем каждый из граничных участков определяет границу между соседними световодными участками и выполнен из материала, имеющего более низкий показатель преломления, чем материал, из которого состоит множество световодных участков,
в котором ширина каждого из граничных участков не превышает половины наименьшей длины волны в диапазоне длин волн видимого света, и
высота от нижней поверхности до верхней поверхности каждого из множества световодных участков не меньше удвоенной наибольшей длины волны в диапазоне длин волн видимого света.11. The photoelectric conversion device, characterized in that it contains
many photoelectric conversion elements, each of which has a photosensitive surface,
a plurality of light guide sections arranged on top of the plurality of photoelectric conversion elements, each of which corresponds to a photoelectric conversion element of the plurality of photoelectric conversion elements, and
boundary sections, each of the boundary sections defining a boundary between adjacent light guide sections and is made of a material having a lower refractive index than the material of which the plurality of light guide sections consists,
in which the width of each of the boundary sections does not exceed half the smallest wavelength in the wavelength range of visible light, and
the height from the lower surface to the upper surface of each of the plurality of light guide sections is not less than twice the largest wavelength in the wavelength range of visible light.
диапазон длин волн видимого света включает в себя диапазон длин волн от 400 нм до 750 нм.13. The device according to any one of claims 1 to 11, in which
the wavelength range of visible light includes a wavelength range from 400 nm to 750 nm.
множественные слои изолирующих пленок располагаются на множестве элементов фотоэлектрического преобразования, и
множество световодных участков размещены поверх множественных слоев изолирующих пленок. 15. The device according to any one of claims 1 to 11, in which
multiple layers of insulating films are arranged on a plurality of photoelectric conversion elements, and
many light guide sections are placed on top of multiple layers of insulating films.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007-259874 | 2007-10-03 | ||
JP2007259874A JP5164509B2 (en) | 2007-10-03 | 2007-10-03 | Photoelectric conversion device, photoelectric conversion device for visible light, and imaging system using them |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2426195C1 true RU2426195C1 (en) | 2011-08-10 |
Family
ID=40526335
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2010117503/28A RU2426195C1 (en) | 2007-10-03 | 2008-10-01 | Photoelectric converter, imaging system |
Country Status (7)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US8872086B2 (en) |
EP (1) | EP2195844A4 (en) |
JP (1) | JP5164509B2 (en) |
KR (1) | KR101117391B1 (en) |
CN (1) | CN101809743B (en) |
RU (1) | RU2426195C1 (en) |
WO (1) | WO2009044924A1 (en) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2607727C2 (en) * | 2014-06-02 | 2017-01-10 | Кэнон Кабусики Кайся | Photoelectric conversion device and imaging system |
US9571768B2 (en) | 2014-07-11 | 2017-02-14 | Canon Kabushiki Kaisha | Photoelectric conversion device and imaging system |
US9722107B2 (en) | 2014-07-11 | 2017-08-01 | Canon Kabushiki Kaisha | Photoelectric conversion device and imaging system |
US10027915B2 (en) | 2014-07-31 | 2018-07-17 | Canon Kabushiki Kaisha | Photoelectric conversion device and imaging system |
US10276612B2 (en) | 2014-06-02 | 2019-04-30 | Canon Kabushiki Kaisha | Photoelectric conversion apparatus and image pickup system |
Families Citing this family (32)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7816641B2 (en) * | 2007-12-28 | 2010-10-19 | Candela Microsystems (S) Pte. Ltd. | Light guide array for an image sensor |
JP5328224B2 (en) * | 2008-05-01 | 2013-10-30 | キヤノン株式会社 | Solid-state imaging device |
JP4759590B2 (en) | 2008-05-09 | 2011-08-31 | キヤノン株式会社 | Photoelectric conversion device and imaging system using the same |
JP5258551B2 (en) | 2008-12-26 | 2013-08-07 | キヤノン株式会社 | Solid-state imaging device, driving method thereof, and imaging system |
JP5471117B2 (en) | 2009-07-24 | 2014-04-16 | ソニー株式会社 | Solid-state imaging device, manufacturing method thereof, and camera |
JP5290923B2 (en) * | 2009-10-06 | 2013-09-18 | キヤノン株式会社 | Solid-state imaging device and imaging device |
JP4881987B2 (en) * | 2009-10-06 | 2012-02-22 | キヤノン株式会社 | Solid-state imaging device and imaging device |
JP2013510424A (en) * | 2009-11-05 | 2013-03-21 | ナム タイ,ヒョク | Optimized optical waveguide array for image sensors |
JP5780711B2 (en) | 2010-04-06 | 2015-09-16 | キヤノン株式会社 | Solid-state imaging device |
JP5656484B2 (en) | 2010-07-07 | 2015-01-21 | キヤノン株式会社 | Solid-state imaging device and imaging system |
JP5697371B2 (en) | 2010-07-07 | 2015-04-08 | キヤノン株式会社 | Solid-state imaging device and imaging system |
JP5643555B2 (en) | 2010-07-07 | 2014-12-17 | キヤノン株式会社 | Solid-state imaging device and imaging system |
JP5645513B2 (en) | 2010-07-07 | 2014-12-24 | キヤノン株式会社 | Solid-state imaging device and imaging system |
JP5885401B2 (en) | 2010-07-07 | 2016-03-15 | キヤノン株式会社 | Solid-state imaging device and imaging system |
JP5751766B2 (en) | 2010-07-07 | 2015-07-22 | キヤノン株式会社 | Solid-state imaging device and imaging system |
JP5737971B2 (en) | 2011-01-28 | 2015-06-17 | キヤノン株式会社 | Solid-state imaging device and camera |
JP5744545B2 (en) | 2011-01-31 | 2015-07-08 | キヤノン株式会社 | Solid-state imaging device and camera |
JP5708025B2 (en) | 2011-02-24 | 2015-04-30 | ソニー株式会社 | Solid-state imaging device, manufacturing method thereof, and electronic apparatus |
JP5810551B2 (en) * | 2011-02-25 | 2015-11-11 | ソニー株式会社 | Solid-state imaging device, manufacturing method thereof, and electronic apparatus |
AU2012268322A1 (en) * | 2011-06-06 | 2014-01-16 | Nanoholdings, Llc | Infrared imaging device integrating an IR up-conversion device with a CMOS image sensor |
RU2472250C1 (en) * | 2011-08-05 | 2013-01-10 | Общество с ограниченной ответственностью "МЭЛЗ ФЭУ" | Photoelectric device |
JP5864990B2 (en) | 2011-10-03 | 2016-02-17 | キヤノン株式会社 | Solid-state imaging device and camera |
US9177983B2 (en) * | 2012-01-23 | 2015-11-03 | Omnivision Technologies, Inc. | Image sensor with optical filters having alternating polarization for 3D imaging |
JP2014175411A (en) * | 2013-03-07 | 2014-09-22 | Canon Inc | Solid state image pickup device manufacturing method |
US9252183B2 (en) | 2013-01-16 | 2016-02-02 | Canon Kabushiki Kaisha | Solid state image pickup apparatus and method for manufacturing the same |
JP2014183064A (en) * | 2013-03-18 | 2014-09-29 | Sony Corp | Solid state image pickup device, manufacturing method, and electronic device |
JP6271900B2 (en) * | 2013-07-31 | 2018-01-31 | キヤノン株式会社 | Solid-state imaging device and imaging apparatus using the same |
US10170516B2 (en) | 2014-07-23 | 2019-01-01 | Visera Technologies Company Limited | Image sensing device and method for fabricating the same |
US9513411B2 (en) | 2014-07-31 | 2016-12-06 | Visera Technologies Company Limited | Double-lens structures and fabrication methods thereof |
EP3343619A1 (en) * | 2016-12-29 | 2018-07-04 | Thomson Licensing | An image sensor comprising at least one sensing unit with light guiding means |
US11569285B2 (en) * | 2020-05-12 | 2023-01-31 | Visera Technologies Company Limited | Solid-state imaging device having a waveguide partition grid with variable grid widths |
KR102613052B1 (en) * | 2021-09-29 | 2023-12-12 | 삼성전자주식회사 | Multispectral image sensor and electronic apparatus including the image sensor |
Family Cites Families (27)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2869280B2 (en) | 1993-01-27 | 1999-03-10 | シャープ株式会社 | Solid-state imaging device and method of manufacturing the same |
JP4951819B2 (en) | 2001-06-13 | 2012-06-13 | 株式会社ニコン | Solid-state imaging device and manufacturing method thereof |
JP4551603B2 (en) | 2002-03-11 | 2010-09-29 | ソニー株式会社 | Solid-state imaging device and manufacturing method thereof |
WO2004055898A1 (en) * | 2002-12-13 | 2004-07-01 | Sony Corporation | Solid-state imaging device and production method therefor |
US7012240B2 (en) | 2003-08-21 | 2006-03-14 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. | Image sensor with guard rings and method for forming the same |
KR100595898B1 (en) * | 2003-12-31 | 2006-07-03 | 동부일렉트로닉스 주식회사 | Image sensor and method for fabricating the same |
US7492027B2 (en) * | 2004-02-20 | 2009-02-17 | Micron Technology, Inc. | Reduced crosstalk sensor and method of formation |
JP2005251804A (en) | 2004-03-01 | 2005-09-15 | Canon Inc | Imaging device |
US7633539B2 (en) * | 2004-06-07 | 2009-12-15 | Canon Kabushiki Kaisha | Image pickup device with analog-to-digital converter |
KR100652379B1 (en) * | 2004-09-11 | 2006-12-01 | 삼성전자주식회사 | CMOS image sensor and manufacturing method thereof |
US7078779B2 (en) * | 2004-10-15 | 2006-07-18 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd | Enhanced color image sensor device and method of making the same |
US7420610B2 (en) * | 2004-12-15 | 2008-09-02 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Solid-state imaging element, solid-state imaging device, and method for fabricating the same |
JP4979195B2 (en) * | 2005-02-21 | 2012-07-18 | ソニー株式会社 | Solid-state imaging device, solid-state imaging device driving method, and imaging apparatus |
JP2006324439A (en) * | 2005-05-18 | 2006-11-30 | Canon Inc | Imaging device |
JP4840850B2 (en) | 2005-10-27 | 2011-12-21 | シャープ株式会社 | Solid-state imaging device, manufacturing method thereof, and electronic information device |
JP2007287872A (en) * | 2006-04-14 | 2007-11-01 | Fujifilm Corp | Semiconductor device and its manufacturing method |
JP2007291195A (en) * | 2006-04-24 | 2007-11-08 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Composite material and optical part using the same |
JP4827627B2 (en) * | 2006-06-16 | 2011-11-30 | キヤノン株式会社 | Imaging apparatus and processing method thereof |
JP2008010544A (en) * | 2006-06-28 | 2008-01-17 | Renesas Technology Corp | Solid-state image pickup element |
JP4194633B2 (en) * | 2006-08-08 | 2008-12-10 | キヤノン株式会社 | Imaging apparatus and imaging system |
JP5053737B2 (en) * | 2007-07-06 | 2012-10-17 | キヤノン株式会社 | Photoelectric conversion device |
JP4702384B2 (en) * | 2008-03-26 | 2011-06-15 | ソニー株式会社 | Solid-state image sensor |
JP2009252983A (en) * | 2008-04-04 | 2009-10-29 | Canon Inc | Imaging sensor, and method of manufacturing imaging sensor |
JP5213501B2 (en) * | 2008-04-09 | 2013-06-19 | キヤノン株式会社 | Solid-state imaging device |
JP2009278241A (en) * | 2008-05-13 | 2009-11-26 | Canon Inc | Drive method of solid-state image pickup device, and solid-state image pickup device |
US7923799B2 (en) * | 2009-06-09 | 2011-04-12 | Aptina Imaging Corporation | Image sensors with light guides |
US8269264B2 (en) * | 2009-11-09 | 2012-09-18 | Omnivision Technologies, Inc. | Image sensor having waveguides formed in color filters |
-
2007
- 2007-10-03 JP JP2007259874A patent/JP5164509B2/en not_active Expired - Fee Related
-
2008
- 2008-10-01 EP EP08835419A patent/EP2195844A4/en not_active Withdrawn
- 2008-10-01 RU RU2010117503/28A patent/RU2426195C1/en not_active IP Right Cessation
- 2008-10-01 WO PCT/JP2008/068255 patent/WO2009044924A1/en active Application Filing
- 2008-10-01 KR KR1020107008878A patent/KR101117391B1/en active IP Right Grant
- 2008-10-01 CN CN200880109534.0A patent/CN101809743B/en not_active Expired - Fee Related
- 2008-10-01 US US12/670,560 patent/US8872086B2/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2607727C2 (en) * | 2014-06-02 | 2017-01-10 | Кэнон Кабусики Кайся | Photoelectric conversion device and imaging system |
US10276612B2 (en) | 2014-06-02 | 2019-04-30 | Canon Kabushiki Kaisha | Photoelectric conversion apparatus and image pickup system |
US10403664B2 (en) | 2014-06-02 | 2019-09-03 | Canon Kabushiki Kaisha | Photoelectric conversion apparatus and imaging system |
US9571768B2 (en) | 2014-07-11 | 2017-02-14 | Canon Kabushiki Kaisha | Photoelectric conversion device and imaging system |
RU2611209C2 (en) * | 2014-07-11 | 2017-02-21 | Кэнон Кабусики Кайся | Photoelectric conversion device and imaging system |
US9722107B2 (en) | 2014-07-11 | 2017-08-01 | Canon Kabushiki Kaisha | Photoelectric conversion device and imaging system |
US10027915B2 (en) | 2014-07-31 | 2018-07-17 | Canon Kabushiki Kaisha | Photoelectric conversion device and imaging system |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN101809743A (en) | 2010-08-18 |
WO2009044924A1 (en) | 2009-04-09 |
US20100200738A1 (en) | 2010-08-12 |
KR20100057695A (en) | 2010-05-31 |
JP5164509B2 (en) | 2013-03-21 |
KR101117391B1 (en) | 2012-03-07 |
EP2195844A4 (en) | 2011-12-28 |
CN101809743B (en) | 2011-11-30 |
EP2195844A1 (en) | 2010-06-16 |
JP2009088450A (en) | 2009-04-23 |
US8872086B2 (en) | 2014-10-28 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2426195C1 (en) | Photoelectric converter, imaging system | |
KR100826407B1 (en) | Photo diode for sensing ultraviolet rays and image sensor comprising the same | |
US8634017B2 (en) | Focus detection apparatus, image pickup device, and electronic camera | |
EP2432019B1 (en) | Imaging device and imaging apparatus | |
US8530814B2 (en) | Solid-state imaging device with a planarized lens layer method of manufacturing the same, and electronic apparatus | |
JP6364667B2 (en) | Photodetector, solid-state imaging device, and manufacturing method thereof | |
EP1816677A1 (en) | Solid-state image pickup element | |
JP2013038164A (en) | Solid state image pickup device and electronic apparatus | |
JP2000151933A (en) | Image pickup element and its manufacture | |
KR20160023158A (en) | Image sensor having improved light utilization efficiency and method of manufacturing the same | |
TWI588981B (en) | Image sensor | |
WO2019215986A1 (en) | Image-capturing element, and method for manufacturing image-capturing element | |
JP5997149B2 (en) | Solid-state imaging device, imaging apparatus, and signal processing method | |
TW201104856A (en) | Solid-state imaging device, camera, electronic apparatus, and method for manufacturing solid-state imaging device | |
EP4037299A1 (en) | Image capture element and image capture device | |
JP5408216B2 (en) | Manufacturing method of solid-state imaging device | |
JP2010074218A (en) | Solid-state image pickup element and method of manufacturing the same, and image pickup apparatus using the solid-state image pickup element | |
US12009380B2 (en) | Pixel of a semiconductor image sensor and method of manufacturing a pixel | |
JP4136374B2 (en) | Solid-state imaging device and imaging system | |
JP5408215B2 (en) | Solid-state imaging device, manufacturing method thereof, and imaging apparatus using solid-state imaging device | |
JP5353356B2 (en) | Solid-state imaging device and manufacturing method thereof | |
JP3120787B2 (en) | Device and method for monitoring spectral characteristics and sensitivity | |
CN117410295A (en) | Image sensor and simplifying method of image signal processor | |
KR20020088547A (en) | Solid state image sensor and method of fabricating the same | |
JP2010232448A (en) | Solid-state imaging element and method of manufacturing the same |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20201002 |